離心泵基礎(chǔ)知識

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. 2-2 離心泵 離心泵結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，流量均勻，調(diào)節(jié)控制方便，且能適用于多種特殊性質(zhì)物料，因此離心泵是化工廠中最常用的液體輸送機(jī)械。近年來，離心泵正向著大型化、高轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展?！? 2.2.1 離心泵的主要部件和工作原理 圖2-1 離心泵活頁輪 一、離心泵的主要部件 1．葉輪 葉輪是離心泵的關(guān)鍵部件，它是由若干彎曲的葉片組成。葉輪的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，提高液體的動能和靜壓能。 根據(jù)葉輪上葉片的幾何形式，可將葉片分為后彎、徑向和前彎葉片三種，由于后彎葉片可獲得較多的靜壓能，所以被廣泛采用。 葉輪按其機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為閉式、半閉式和開式（即敞式）三種，如圖2-1所示。在葉片的兩側(cè)帶有前后蓋板的葉輪稱為閉式葉輪（c圖）；在吸入口側(cè)無蓋板的葉輪稱為半閉式葉輪（b圖）；在葉片兩側(cè)無前后蓋板，僅由葉片和輪轂組成的葉輪稱為開式葉輪（a圖）。由于閉式葉輪宜用于輸送清潔的液體，泵的效率較高，一般離心泵多采用閉式葉輪。 葉輪可按吸液方式不同，分為單吸式和雙吸式兩種。單吸式葉輪結(jié)構(gòu)簡單，雙吸式從葉輪兩側(cè)對稱地吸入液體（見教材圖2－3）。雙吸式葉輪不僅具有較大的吸液能力，而且可以基本上消除軸向推力。 2．泵殼 泵體的外殼多制成蝸殼形，它包圍葉輪，在葉輪四周展開成一個截面積逐漸擴(kuò)大的蝸殼形通道（見圖2－2）。泵殼的作用有：①匯集液體，即從葉輪外周甩出的液體，再沿泵殼中通道流過，排出泵體；②轉(zhuǎn)能裝置，因殼內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)方向與蝸殼流道逐漸擴(kuò)大的方向一致，減少了流動能量損失，并且可以使部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。 若為了減小液體進(jìn)入泵殼時的碰撞，則在葉輪與泵殼之間還可安裝一個固定不動的導(dǎo)輪（見教材圖2-4中3）。由于導(dǎo)輪上葉片間形成若干逐漸轉(zhuǎn)向的流道，不僅可以使部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，而且還可以減小流動能量損失。 注意：離心泵結(jié)構(gòu)上采用了具有后彎葉片的葉輪，蝸殼形的泵殼及導(dǎo)輪，均有利于動能轉(zhuǎn)換為靜壓能及可以減少流動的能量損失。 3．軸封裝置 離心泵工作時是泵軸旋轉(zhuǎn)而泵殼不動，泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。軸封的作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿間隙漏出，或外界空氣漏入泵內(nèi)。軸封裝置保證離心泵正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，常用的軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。 二、離心泵的工作原理 裝置簡圖如附圖。 1．排液過程 離心泵一般由電動機(jī)驅(qū)動。它在啟動前需先向泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體（稱為灌泵），啟動后，泵軸帶動葉輪及葉片間的液體高速旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外周，提高了動能和靜壓能。進(jìn)而泵殼后，由于流道逐漸擴(kuò)大，液體的流速減小，使部分動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，最終以較高的壓強(qiáng)從排出口進(jìn)入排出管路。 2．吸液過程 　　當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向外周時，葉輪中心形成了低壓區(qū)。由于貯槽液面上方的壓強(qiáng)大于泵吸入口處的壓強(qiáng)，在該壓強(qiáng)差的作用下，液體便經(jīng)吸入管路被連續(xù)地吸入泵內(nèi)。 3．氣縛現(xiàn)象 　　當(dāng)啟動離心泵時，若泵內(nèi)未能灌滿液體而存在大量氣體，則由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力很小，因而葉輪中心處不能形成吸入液體所需的真空度，這種雖啟動離心泵，但不能輸送液體的現(xiàn)象稱為氣縛。因此，離心泵是一種沒有自吸能力的液體輸送機(jī)械。若泵的吸入口位于貯槽液面的上方，在吸入管路應(yīng)安裝單向底閥和濾網(wǎng)。單向底閥可防止啟動前灌入的液體從泵內(nèi)漏出，濾網(wǎng)可阻擋液體中的固體雜質(zhì)被吸入而堵塞泵殼和管路。若泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動時就無需灌泵。 　　 2.2.2 離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線 一、離心泵的主要性能參數(shù) 離心泵的性能參數(shù)是用以描述一臺離心泵的一組物理量 1． （葉輪）轉(zhuǎn)速n：1000～3000rpm；2900rpm最常見。 2． 流量Q：以體積流量來表示的泵的輸液能力，與葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。泵總是安裝在管路中，故流量還與管路特性有關(guān)。 3． 壓頭（揚(yáng)程）H：泵向單位重量流體提供的機(jī)械能。與流量、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。揚(yáng)程并不代表升舉高度。一般實(shí)際壓頭由實(shí)驗(yàn)測定。 4． 功率： （1）有效功率：指液體從葉輪獲得的能量——；此處Q的單位為m3/s （2）軸功率：指泵軸所需的功率。當(dāng)泵直接由電機(jī)驅(qū)動時，它就是電機(jī)傳給泵軸的功率。 5． 效率：由于以下三方面的原因，由電機(jī)傳給泵的能量不可能100%地傳給液體，因此離心泵都有一個效率的問題，它反映了泵對外加能量的利用程度： ①容積損失；②水力損失；③機(jī)械損失。 二、離心泵的特性曲線 從前面的討論可以看出，對一臺特定的離心泵，在轉(zhuǎn)速固定的情況下，其壓頭、軸功率和效率都與其流量有一一對應(yīng)的關(guān)系，其中以壓頭與流量之間的關(guān)系最為重要。這些關(guān)系的圖形稱為離心泵的特性曲線。由于它們之間的關(guān)系難以用理論公式表達(dá)，目前一般都通過實(shí)驗(yàn)來測定。包括H～Q曲線、N～Q曲線和～Q曲線。 圖2-3 某種型號離心泵的特性曲線 離心泵的特性曲線一般由離心泵的生產(chǎn)廠家提供，標(biāo)繪于泵的樣本或產(chǎn)品說明書中，其測定條件一般是20℃清水，轉(zhuǎn)速也固定。典型的離心泵性能曲線如圖2-3所示。 1．討論 （1） 從H～Q特性曲線中可以看出，隨著流量的增加，泵的壓頭是下降的，即流量越大，泵向單位重量流體提供的機(jī)械能越小。但是，這一規(guī)律對流量很小的情況可能不適用。 （2） 軸功率隨著流量的增加而上升，流量為零時軸功率最小，所以大流量輸送一定對應(yīng)著大的配套電機(jī)。另外，這一規(guī)律還提示我們，離心泵應(yīng)在關(guān)閉出口閥的情況下啟動，這樣可以使電機(jī)的啟動電流最小，以保護(hù)電機(jī)。 （3） 泵的效率先隨著流量的增加而上升，達(dá)到一最大值后便下降。但流量為零時，效率也為零。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選泵時，應(yīng)使泵在最高效率點(diǎn)附近工作，其范圍內(nèi)的效率一般不低于最高效率點(diǎn)的92%。 （4） 離心泵的銘牌上標(biāo)有一組性能參數(shù)，它們都是與最高效率點(diǎn)對應(yīng)的性能參數(shù)，稱為最佳工況參數(shù)。 三、離心泵特性的影響因素 1．液體的性質(zhì)： （1） 液體的密度：離心泵的壓頭和流量均與液體的密度無關(guān)，有效功率和軸功率隨密度的增加而增加，這是因?yàn)殡x心力及其所做的功與密度成正比，但效率又與密度無關(guān)。 （2） 液體的粘度：若粘度大于常溫下清水的粘度，則泵的流量、壓頭、效率都下降，但軸功率上升。所以，當(dāng)被輸送流體的粘度有較大變化時，泵的特性曲線也要發(fā)生變化。 2．轉(zhuǎn)速 離心泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，其流量、壓頭、軸功率和效率都要發(fā)生變化，泵的特性曲線也將發(fā)生變化。 若離心泵的轉(zhuǎn)速變化不大（小于20％），則可以假設(shè)：①轉(zhuǎn)速改變前后液體離開葉輪處的出口速度三角形相似；②轉(zhuǎn)速改變前后離心泵的效率不變。從而可導(dǎo)出以下關(guān)系： 　　　　　，　　，　　　?。ū壤桑? （2-2） 3．葉輪外徑 　　當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速一定時，壓頭、流量與葉輪的外徑有關(guān)。對于某同一型號的離心泵，若對其葉輪的外徑進(jìn)行“切割”，而其他尺寸不變，在葉輪外徑的減小變化不超過5％時，離心泵的性能可進(jìn)行近似換算。此時可以假設(shè)：（1） 葉輪外徑變化前后，葉輪出口速度三角形相似；（2） 葉輪外徑變化前后，離心泵的效率不變；（3）葉輪外徑變化前后，葉輪出口截面積基本不變。從而可以導(dǎo)出以下關(guān)系： 　　　　　，　　，　　　　（切割定律） （2-3） 與比例定律同樣，要注意公式使用的條件。 [例2-1]：以20oC的水為介質(zhì)，在泵的轉(zhuǎn)速為2900r/min時，測定某臺離心泵性能時，某次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下： 流量12m3/h,泵出口處壓強(qiáng)表的讀數(shù)為0.37MPa，泵入口處真空表讀數(shù)為0.027MPa，軸功率為2.3Kw。若壓強(qiáng)表和真空表兩測壓口間垂直距離為0.4m，且泵的吸入管路和排出管路直徑相同。測定裝置如附圖。求：這次實(shí)驗(yàn)中泵的壓頭和效率。 解：（1）泵的壓頭 以真空表和壓強(qiáng)表所在的截面為41－1和2－2，列出以單位重量為衡算基準(zhǔn)的伯努利方程，即 　　　　　　　　　　　 其中，，p1=-2.7104Pa（表壓）， p2=3.7105Pa（表壓） 因測壓口之間距離較短，流動阻力可忽略，即Hf1-20；故泵的壓頭為： 　　　　　　　　　　　　　　　H＝ （2）泵的效率 ，即58.1％。 分析說明：在本實(shí)驗(yàn)中，若改變出口閥的開度，測出不同流量下的若干組有關(guān)數(shù)據(jù)，可按上述方法計算出相應(yīng)的H及η值，并將H-Q、N-Q、η-Q關(guān)系標(biāo)繪在坐標(biāo)紙上，即可得到該泵在n＝2900r/min下的特性曲線。 2.2.3 離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié) 一、管路特性曲線 　　前面介紹的離心泵特性曲線，表示一定轉(zhuǎn)速下泵的壓頭、功率、效率與流量的關(guān)系。在特定管路中運(yùn)行的離心泵，其實(shí)際工作的壓頭和流量不僅取決于離心泵本身的特性，而且還與管路特性有關(guān)。即在泵送液體的過程中，泵和管路是互相聯(lián)系和制約的。因此在討論泵的工作情況前，應(yīng)先了解管路特性。 管路特性曲線表示液體通過特定管路系統(tǒng)時，所需的壓頭與流量的關(guān)系。如圖所示的送液系統(tǒng)，若液體貯槽與受液槽的液面均維持恒定，輸送管路的直徑均一，在圖2-4中1－1和2-2間列伯努利方程式，則可求得液體流過管路系統(tǒng)所需的壓頭（即要求離心泵提供的壓頭），即： 　 　　　　　　 （2-4） 該管路輸送系統(tǒng)的壓頭損失可表示為： 　　　　　 　　　　　 因　　　　　　　　　　 故　　　　　　　　 （2-5） 式中　　　Qe－管路中液體流量，m3/s； 　　　　　d－管路直徑，m； 　　　　　L－管路長度，m； 　　　　　λ－摩擦系數(shù)，無因次。 式中Le和分別表示局部阻力的當(dāng)量長度和阻力系數(shù)。 對特定的管路系統(tǒng)，上式中等式右邊各物理量中，除了λ和Qe外，其它各物理量為定值。且 　，　　　　　則 （2-6） 將上式代入，可得：，即為管路特性方程。 （2-7） 對特定的管路，且在一定條件下操作，則?z和均為定值，并令： 　　　　　　　　　　　　　 （2-8） 若液體在管路中的流動已進(jìn)入阻力平方區(qū)，則此時λ與Qe無關(guān)，并令： 　　　　　　　　　　　　 （2-9） 則可得特定管路的特性方程： （2-10） 它表示在特定管路中輸送液體時，在管內(nèi)流動處于高度湍流狀態(tài)下，管路所需的壓頭He隨液體流量Qe的平方而變。將此關(guān)系方程標(biāo)繪在相應(yīng)的坐標(biāo)圖上，即可得到He-Qe曲線。這條曲線稱為管路特性曲線。此線的形狀由管路布置和操作條件來確定，與離心泵性能無關(guān)。 二、離心泵的工作點(diǎn) 將泵的H～Q曲線與管路的～Qe曲線繪在同一坐標(biāo)系中，兩曲線的交點(diǎn)稱為泵的工作點(diǎn)M。如圖2-4所示。 圖2-4 管路特性曲線和泵的工作點(diǎn) 1．說明 （1） 泵的工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定，可通過聯(lián)立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到； （2） 安裝在管路中的泵，其輸液量即為管路的流量；在該流量下泵提供的揚(yáng)程也就是管路所需要的外加壓頭。因此，泵的工作點(diǎn)對應(yīng)的泵壓頭和流量既是泵提供的，也是管路需要的； （3） 工作點(diǎn)對應(yīng)的各性能參數(shù)（）反映了一臺泵的實(shí)際工作狀態(tài)。 三、離心泵的流量調(diào)節(jié) 由于生產(chǎn)任務(wù)的變化，管路需要的流量有時是需要改變的，這實(shí)際上就是要改變泵的工作點(diǎn)。由于泵的工作點(diǎn)由管路特性和泵的特性共同決定，因此改變泵的特性和管路特性均能改變工作點(diǎn)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。 1．改變出口閥的開度——改變管路特性 出口閥開度與管路局部阻力當(dāng)量長度有關(guān)，后者與管路的特性有關(guān)。所以改變出口閥的開度實(shí)際上是改變管路的特性。 圖2-5 改變閥門開度時工作點(diǎn)變化 關(guān)小出口閥，增大，曲線變陡，工作點(diǎn)由M變?yōu)镸1，流量下降，泵所提供的壓頭上升；相反，開大出口閥開度，減小，曲線變緩，工作點(diǎn)由M變?yōu)镸2，流量上升，泵所提供的壓頭下降。如圖2-5所示。 　　采用閥門調(diào)節(jié)流量快速簡便，且流量可連續(xù)變化，適合化工連續(xù)生產(chǎn)的要求，因此應(yīng)用很廣泛。其缺點(diǎn)是當(dāng)關(guān)小閥門時，管路阻力增加，消耗部分額外的能量，實(shí)際上是人為增加管路阻力來適應(yīng)泵的特性。且在調(diào)節(jié)幅度較大時，往往使離心泵不在高效區(qū)下工作，不是很經(jīng)濟(jì)。 2．改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速——改變泵的特性 如圖2-6所示，，轉(zhuǎn)速增加，流量和壓頭均能增加。這種調(diào)節(jié)流量的方法合理、經(jīng)濟(jì)，但曾被認(rèn)為是操作不方便，并且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。但隨著的現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，無級變速設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用克服了上述缺點(diǎn)。是該種調(diào)節(jié)方法能夠使泵在高效區(qū)工作，這對大型泵的節(jié)能尤為重要。 圖2-6 改變泵轉(zhuǎn)速時工作點(diǎn)變化 3．車削葉輪直徑 這種調(diào)節(jié)方法實(shí)施起來不方便，且調(diào)節(jié)范圍也不大。葉輪直徑減小不當(dāng)還可能降低泵的效率，因此生產(chǎn)上很少采用。在生產(chǎn)中單臺離心泵不能滿足輸送任務(wù)要求時，可采用離心泵并聯(lián)或串聯(lián)操作。 [例2-2] 確定泵是否滿足輸送要求。 將濃度為95%的硝酸自常壓貯槽輸送至常壓設(shè)備中去，要求輸送量為36m3/h,液體的升揚(yáng)高度為7m。輸送管路由內(nèi)徑為80mm的鋼化玻璃管構(gòu)成，總長為160m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。輸送條件下管路特性曲線方程為： （Qe單位為L/s）?，F(xiàn)采用某種型號的耐酸泵，其性能列于下表中。 問： （1） （1） 該泵是否合用？ （2） （2） 實(shí)際的輸送量、壓頭、效率及功率消耗各為多少？ Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 h(%) 0 17 30 42 46 44 已知：酸液在輸送溫度下粘度為1.1510-3Pas；密度為1545kg/m3。摩擦系數(shù)可取為0.015。 解：（1）對于本題，管路所需要壓頭通過在貯槽液面（1-1’）和常壓設(shè)備液面（2-2’）之間列柏努利方程求得： 式中 管內(nèi)流速： 管路壓頭損失： 管路所需要的壓頭： 以（L/s）計的管路所需流量： 由附表可以看出，該泵在流量為12 L/s時所提供的壓頭即達(dá)到了14.4m，當(dāng)流量為管路所需要的10 L/s，它所提供的壓頭將會更高于管路所需要的13.06m。因此我們說該泵對于該輸送任務(wù)是可用的。 另一個值得關(guān)注的問題是該泵是否在高效區(qū)工作。由附表可以看出，該泵的最高效率為46%；流量為10 L/s時該泵的效率大約為43%，為最高效率的93.5％，因此我們說該泵是在高效區(qū)工作的。 （2）實(shí)際的輸送量、功率消耗和效率取決于泵的工作點(diǎn)，而工作點(diǎn)由管路特性和泵的特性共同決定。 題給管路的特性曲線方程為： （其中流量單位為L/s） 據(jù)此可以計算出各流量下管路所需要的壓頭，如下表所示： Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 7 7.545 9.181 11.91 15.72 20.63 可以作出管路的特性曲線和泵的特性曲線，如圖所示。兩曲線的交點(diǎn)為工作點(diǎn)，其對應(yīng)的壓頭為14.8m；流量為11.4L/s；效率0.45；軸功率可計算如下： 分析說明：（1）判斷一臺泵是否合用，關(guān)鍵是要計算出與要求的輸送量對應(yīng)的管路所需壓頭，然后將此輸送量與壓頭和泵能提供的流量與壓頭進(jìn)行比較，即可得出結(jié)論。另一個判斷依據(jù)是泵是否在高效區(qū)工作，即實(shí)際效率不低于最高效率的92% （2）泵的實(shí)際工作狀況由管路的特性和泵的特性共同決定，此即工作點(diǎn)的概念。它所對應(yīng)的流量（如本題的11.4L/s）不一定是原本所需要的（如本題的10L/s）。此時，還需要調(diào)整管路的特性以適用其原始需求。 思考題： 1、是不是所有情況下離心泵啟動前都要灌泵？ 2、離心泵結(jié)構(gòu)中有哪些是轉(zhuǎn)能部件？ 3、離心泵銘牌（標(biāo)牌）上標(biāo)出的性能參數(shù)是指該泵的最大值嗎？ 4、離心泵的揚(yáng)程和升揚(yáng)高度有什么不同？ 2.2.4 離心泵的氣蝕現(xiàn)象與安裝高度 　　離心泵在管路系統(tǒng)中安裝高度是否合適，將直接影響離心泵的性能、運(yùn)行及使用壽命，因此在管路計算中應(yīng)正確確定泵的安裝高度。 一、離心泵的氣蝕現(xiàn)象 　　由離心泵工作原理可知，在離心泵葉輪中心附近形成低壓，這一壓強(qiáng)的高低與泵的吸上高度密切相關(guān)。 　　1．泵的吸上高度是指貯槽液面與離心泵吸入口之間的垂直距離。 　　當(dāng)貯槽上方壓強(qiáng)一定時，若泵吸入口的壓強(qiáng)越低，則吸上高度就越高，但是泵吸入口的低壓是有限制的。當(dāng)在泵的流通（一般在葉輪入口附近）中液體的靜壓強(qiáng)等于或低于該液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓pV時，液體將部分氣化，產(chǎn)生氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入高壓區(qū)后，氣泡就急劇凝結(jié)或破裂。因氣泡的消失而產(chǎn)生了局部真空，周圍的液體就以極高的速度流向原氣泡中心，瞬間產(chǎn)生了極大的局部沖擊壓力，造成對葉輪和泵殼的沖擊，使材料受到破壞。 2．氣蝕現(xiàn)象：通常把泵內(nèi)氣泡的形成和破裂而使葉輪材料受到損壞的過程，稱為氣蝕現(xiàn)象。 離心泵在汽蝕狀態(tài)下工作： （1）泵體振動并發(fā)出噪音；（2）壓頭、流量效率大幅度下降，嚴(yán)重時不能輸送液體；（3）時間長久，在水錘沖擊和液體中微量溶解氧對金屬化學(xué)腐蝕的雙重作用下，葉片表面出現(xiàn)斑痕和裂縫，甚至呈海綿狀逐漸脫落。 　　離心泵在正常運(yùn)行時，必須避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為此，葉輪入口附近處液體的絕對壓強(qiáng)必須高于該液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓。這就要求離心泵有適宜的安裝高度。通常由離心泵的抗氣蝕性能（又稱吸上性能）來確定其安裝高度。 二、離心泵的抗氣蝕性能 一般采用兩種指標(biāo)來表示離心泵的抗氣蝕性能（又稱吸上性能） 1．離心泵的允許吸上真空度 　　允許吸上真空度是指為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，離心泵入口處可允許達(dá)到的最高真空度（即最低的絕對壓強(qiáng)）。其值通過實(shí)驗(yàn)測定。由于實(shí)驗(yàn)中不易測出葉輪入口附近處的最低壓強(qiáng)的位置，因此以測定泵入口處的壓強(qiáng)代替。 如圖所示，假設(shè)大氣壓強(qiáng)為pa，泵的入口處的液體靜壓強(qiáng)為p1，則允許吸上真空度的定義為： 　　　　　　　　　 （2-11） 式中　?。x心泵的允許吸上真空度，m液柱； 　　　　pa－當(dāng)?shù)卮髿鈮?，若貯槽為密封槽，則應(yīng)為槽內(nèi)液面上方的壓強(qiáng)，Pa； 　　　　p1－泵入口處的靜壓強(qiáng)，Pa； 　　　　ρ－液體的密度，Kg/m3。　 圖2-7 離心泵的吸液示意圖 注意：離心泵的允許吸上真空度值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能越好。值大小與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)，通常由泵的制造工廠實(shí)驗(yàn)測定。實(shí)驗(yàn)值列在泵的樣本或說明書的性能表上。應(yīng)注意，該實(shí)驗(yàn)是在大氣壓為10mHgH2O（9.81104Pa）下，以20oC清水為介質(zhì)進(jìn)行的。因此若輸送其它液體，或操作條件與上述的實(shí)驗(yàn)條件不同時，應(yīng)按下式進(jìn)行換算： 　　　　　　　 （2-12） 式中 －操作條件下，輸送液體時允許吸上真空度，m液柱； －實(shí)驗(yàn)條件下，輸送清水時的允許吸上真空度，m水柱； Ha－當(dāng)?shù)卮髿鈮?，mH2O； pv－操作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa； ρ－操作溫度下液體的密度，Kg/m3； 10－實(shí)驗(yàn)條件下的大氣壓強(qiáng)，mH2O； 0.24－實(shí)驗(yàn)條件下水的飽和蒸氣壓，mH2O； 1000－實(shí)驗(yàn)條件下水的密度，Kg/m3 不同海拔高度的大氣壓強(qiáng)見教材表2－1 應(yīng)予指出，由允許吸上真空度定義可知，它不僅具有壓強(qiáng)的意義，此時單位為m液柱，又具有靜壓頭的概念，因此一般泵性能表中把它的單位寫成m，兩者數(shù)值上是相等的。 　　允許吸上真空度也是泵的性能之一，一些離心泵的特性曲線圖中也畫出Hs－Q曲線。應(yīng)注意在確定離心泵安裝高度時應(yīng)按泵最大流量下的Hs值來進(jìn)行計算。 2．離心泵的氣蝕余量 為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，在離心泵的入口處液體的靜壓頭和動壓頭之和必須大于操作溫度下的液體飽和蒸汽壓頭某一數(shù)值，此數(shù)值即定義為離心泵的氣蝕余量Δh，其定義為 或 m （2-13） 式中： pv－在操作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa。 目前在國產(chǎn)泵樣本的性能表中，離心油泵中的氣蝕余量用符號Δh表示，離心水泵的氣蝕余量用NPSH表示，本節(jié)中為簡化均用Δh表示。而允許吸上真空度即將被停止使用。 而臨界汽蝕余量 m （2-14） 當(dāng)流量一定且流體流動進(jìn)入阻力平方區(qū)時，氣蝕余量Δh僅與泵的結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān)，它是泵的抗氣蝕性能參數(shù)。 離心泵的Δhc由泵制造廠實(shí)驗(yàn)測定，其值隨流量增大而增大。為確保離心泵的正常操作，將所測得的臨界汽蝕余量Δhc加上一定的安全量后，稱為必需氣蝕余量Δhr，并且列入泵產(chǎn)品樣本性能表中。離心水泵用（NPSH）r表示，離心油泵用Δhr表示。在一些離心泵的特性曲線圖上，也繪出Δhr－Q曲線。也應(yīng)注意在確定離心泵安裝高度時應(yīng)取可能出現(xiàn)的最大流量為計算依據(jù)。 三、離心泵的允許安裝高度 由離心泵的吸液示意圖2-7，列出伯努力方程式，可求得離心泵的允許安裝高度Hg： m （2-15） 若已知離心泵的必需氣蝕余量Δhr，則有： （2-16） 若已知離心泵的允許吸上真空度，則有： （2-17） 四、討論 1．從前面的討論中容易使人獲得這樣一種認(rèn)識，即汽蝕是由于安裝高度太高引起的，事實(shí)上汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生可以有以下三方面的原因：①離心泵的安裝高度太高；②被輸送流體的溫度太高，液體蒸氣壓過高；③吸入管路的阻力或壓頭損失太高。允許安裝高度這一物理量正是綜合了以上三個因素對汽蝕的貢獻(xiàn)。由此，我們又可以有這樣一個推論：一個原先操作正常的泵也可能由于操作條件的變化而產(chǎn)生汽蝕，如被輸送物料的溫度升高，或吸入管線部分堵塞。 2．有時，計算出的允許安裝高度為負(fù)值，這說明該泵應(yīng)該安裝在液體貯槽液面以下。 3．允許安裝高度Hg的大小與泵的流量有關(guān)。由其計算公式可以看出，流量越大，計算出的Hg越小。因此用可能使用的最大流量來計算Hg是最保險的。 4．安裝泵時，為保險計，實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要小0.5至1米。（如考慮到操作中被輸送液體的溫度可能會升高；或由于貯槽液面降低而引起的實(shí)際安裝高度的升高）。 5．當(dāng)液體的操作溫度較高或其沸點(diǎn)較低時，應(yīng)注意盡量減小吸入管路的壓頭損失（如可以選用較大的吸入管徑，減少管件和閥門，縮短管長等）；或?qū)㈦x心泵安裝在貯槽液面以下，使液體利用位差自動流入泵體內(nèi)。 2.2.5 離心泵的選用、安裝與操作 一、 離心泵的類型： 1．清水泵：適用于輸送清水或物性與水相近、無腐蝕性且雜質(zhì)較少的液體。結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。（IS型、B型、D型、sh型） 2．耐腐蝕泵：用于輸送具有腐蝕性的液體，接觸液體的部件用耐腐蝕的材料制成，要求密封可靠。（F型） 3．油泵：輸送石油產(chǎn)品的泵，要求有良好的密封性和冷卻系統(tǒng)。（Y型） 4．雜質(zhì)泵：輸送含固體顆粒的液體、稠厚的漿液，葉輪流道寬，葉片數(shù)少。（P型） 單吸泵；雙吸泵； 單級泵；多級泵； 二、 離心泵的選用 1．根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型。 2．確定輸送系統(tǒng)的流量和所需壓頭。流量由生產(chǎn)任務(wù)來定，所需壓頭由管路的特性方程來定。 3．根據(jù)所需流量和壓頭確定泵的型號 （1）查性能表或特性曲線，要求流量和壓頭與管路所需相適應(yīng)。 （2）若生產(chǎn)中流量有變動，以最大流量為準(zhǔn)來查找，壓頭也應(yīng)以最大流量對應(yīng)值查找。 （3）若H和Q與所需要不符，則應(yīng)在鄰近型號中找H和Q都稍大一點(diǎn)的。 （4）若幾個型號都滿足，應(yīng)選一個在操作條件下效率最高的 （5）為保險，所選泵可以稍大；但若太大，工作點(diǎn)離最高效率點(diǎn)太遠(yuǎn)，則能量利用程度低。 泵的類型和型號選出后，應(yīng)列出該泵的性能參數(shù)。 4．核算泵的軸功率。若輸送液體的密度大于水的密度時，則要核算泵的軸功率，重新配置電動機(jī)。 三、離心泵的安裝與操作 1．安裝： （1） 安裝高度不能太高，應(yīng)小于允許安裝高度。 （2） 盡量設(shè)法減小吸入管路的阻力，以減少發(fā)生汽蝕的可能性。主要考慮：吸入管路應(yīng)短而直；吸入管路的直徑可以稍大；吸入管路減少不必要的管件和閥門，調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝于出口管路。 2．操作： （1） 啟動前應(yīng)灌泵，并排氣。 （2） 應(yīng)在出口閥關(guān)閉的情況下啟動泵，使啟動功率最小，以保護(hù)電動機(jī)。 （3） 停泵前先關(guān)閉出口閥，以免損壞葉輪。 （4） 泵運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)定時檢查、維修等，特別要經(jīng)常檢查軸封的泄漏情況和發(fā)熱與否；經(jīng)常檢查軸承是否過熱，注意潤滑。 [例2-3]：用IS80－65－125型離心泵從常壓貯槽中將溫度為50oC的清水輸送到他處，槽內(nèi)水面恒定，輸送量為50m3/h。已知泵吸入管路的壓頭損失為2m，動壓頭可忽略，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.81104Pa。求：該離心泵的安裝高度Hg。 解：由附錄可查出：對IS80－65－125型離心泵來講，轉(zhuǎn)速為2900r/min，流量為50m3/h時的必需氣蝕余量為Δhr＝3.0m。 又查出50oC時水的物理性質(zhì)為： 故離心泵的允許安裝高度可用下式計算： 為安全起見，離心泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許安裝高度Hg低0.5～1m。 [例2-4]：用某離心泵從貯槽向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷，貯槽內(nèi)異丁烷液面恒定，液面上方壓強(qiáng)為652.37KPa（絕壓），泵位于貯槽液面以下1.5m處，吸入管路的全部壓頭損失為1.6m。異丁烷在輸送條件下的密度為530Kg/m3，飽和蒸氣壓為637.65 KPa。在泵的性能表上查得輸送流量下泵必需氣蝕余量為3.5m。 試問：該泵能否正常操作？ 分析：要判斷該泵能否正常操作，應(yīng)根據(jù)已知條件，核算泵的安裝高度是否合適，即能否避免汽蝕現(xiàn)象。 解：先用公式計算允許安裝高度，以便和該離心油泵的實(shí)際安裝高度-1.5m進(jìn)行比較。 由題意知：，代入上式得： 說明：已知泵的實(shí)際安裝高度為-1.5m，大于允許安裝高度-2.27m，即表明泵的實(shí)際安裝高度偏高，可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，故該泵不能正常操作。 思考：若要使該泵能夠正常操作，則應(yīng)該采取什么措施？ 措施1：必須使該泵的安裝位置向下移動，至少移動（2.27-1.5）＝0.77m，但為了安全起見，應(yīng)向下移動：0.77+0.5＝1.27m以上，才能保證安全操作。 措施2：請讀者回答：若泵的安裝位置不能移動，還可以采取什么措施，以保證該離心油泵能正常操作？ [例2-5]：某車間有一冷卻塔，需用離心泵將地面下水池中20oC的水送至塔頂水槽內(nèi)，然后再壓入塔內(nèi)。水池和水槽內(nèi)液面高度均維持恒定，兩液面上方均為大氣壓。已知塔頂水槽液面比地面高15m，水池液面又比地面低1.5m。已估計出管路計算總長度為52m（包括直管長度和所有局部阻力的當(dāng)量長度），摩擦系數(shù)λ為0.018，管路系統(tǒng)要求送水量為72m3/h。試由教材附錄中選用一臺適宜的離心泵。 解：（1）確定輸送水管的規(guī)格及水在管內(nèi)的實(shí)際流速。 據(jù)教材表1-1中可查出，輸送自來水時，可選取，故可求出管徑d， 由附錄可選用熱軋無縫鋼管合適，此管的實(shí)際內(nèi)徑 管徑確定后應(yīng)重新核定流速，水在管內(nèi)實(shí)際流速為： （2）確定壓頭損失Hf1-2 由題給 則 （3）確定管路所需的外加壓頭He 選取水池液面為1-1’截面，高位槽液面為2-2’截面，以地平面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列出伯努利方程： 已知： Z1=-1.5m , Z2=15m , P1=P2=0(表壓) , u1=0 ,u2=0 , Hf 1-2 = 0.80m , 代入柏努利方程中,可求出He He =15+1.5+0.80 = 17.3 m 據(jù) Qe=72m3/h, He=17.3m, 查附錄(教材)二十四，可選用IS100-80-125型離心泵，其性能如下： 轉(zhuǎn)速n=2900r/min，Q=100m3/h，H=20m，=78%，N軸=7KW，N電機(jī)=11KW，（NPSH）r=4.5m [例2-6]用泵將混酸（以硫酸為主），從常壓貯槽運(yùn)送到表壓為196.2KPa的設(shè)備中，要求流量為10m3/h，升揚(yáng)高度為6m，全部壓頭損失為5m，混酸的密度為1600Kg/m3。 試選用適宜的離心泵。 解：輸送以硫酸為主的腐蝕性混酸，宜用F型泵。參考手冊及有關(guān)資料得知，其材質(zhì)宜用高硅鑄鐵（材料代號為G），即選用FG型離心泵?，F(xiàn)計算管路所需的外加壓頭He ： 由公式 已知：，，， ，，代入上式，可得： 又管路所需流量為10m3/h，可查有關(guān)資料或本教材（第1版）上冊附錄中F型泵性能表，知 50F-40A泵能符合要求。該泵的全部代號為50FG-40A，其主要性能如下； ，，，，， 此題應(yīng)校核軸功率，并重新配置電動機(jī)。（因輸送以硫酸為主的混酸，其密度大于水的密度）具體計算如下： 實(shí)際所需軸功率，而所配電動機(jī)的功率為5.5KW。 說明：在化工廠中輸送酸、堿等腐蝕性液體相當(dāng)普遍，也就是說，耐腐蝕泵在化工廠中也是常見的。故列上本例題供讀者參考。 思考題 1．氣縛現(xiàn)象與氣蝕現(xiàn)象有什么區(qū)別？ 2．在參觀化工廠車間泵房時，你是否注意到：在離心泵排出管路調(diào)節(jié)閥上，經(jīng)常掛著一個警示牌。上面寫著：在啟動和停止泵前，必須先關(guān)此閥。這是為什么？ .